專利名稱：遙測式土壤水分測定儀的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種測量土壤水分含量的裝置，特別是一種采用電子方法的遙測式土壤水分測定儀。
現有的測定土壤水分的方法有一．傳統方法用鋁盆取土稱重后烘干計算土壤含水率。
二．儀器測定1．石膏塊測定測定不準，埋入土壤后不久，參數失靈；2．陶磁負壓計測定范圍窄，容易失靈；3．中子水分儀設備先進，比較準確，系利用土壤水分吸收中子的特性進行測量，設備成本高，有一定放射污染，安全性不好。
本發(fā)明的目的是克服上述幾種儀器、測定方法的不足，提供一種測定數據準確，可連續(xù)測量，使用安全、方便，制造成本較低的遙測式土壤水分測定儀。
本發(fā)明的目的按下述方案實現遙測式土壤水分測試儀，包括發(fā)射器和接收器，發(fā)射器內裝有交流阻抗式探頭M4、文氏震蕩器M2、衰減器M3、反相輸入電壓放大器M5、帶通濾波器M6、定時觸發(fā)器M1及信號發(fā)射器M7，由運算放大器LM324的8、9、10腳組成文氏震蕩器M2，產生400Hz正弦交流波，經LM324的12、13、14腳組成的衰減器M3輸入探頭M4，探頭M4接收輸入的電壓值后，隨土壤含水率變化的電壓值輸入LM324的5、6、7腳組成的反相輸入電壓放大器M5，再輸入帶通濾波器M6，經濾波的信號輸入信號放射器M7內的MC2833發(fā)射集成塊的第5腳，經倍頻至49.7MHz后由第9腳發(fā)射出去，接收器包括電源電路M8、信號接收電路M9、AC/DC轉換及整流穩(wěn)壓電路M10、模擬/數字轉換電路M11、緩沖采樣控制集成塊M12、PS1016固化BASIC單片機及多次可擦寫的EPROM M13、數碼顯示器M14，上述發(fā)射器的發(fā)射信號由接收器的信號接收電路M9內的MC3362接收集成塊1腳接收，一系列內部處理由13腳輸出，經AC/DC變換及整流穩(wěn)壓電路M10、模擬/數字轉換電路M11輸入緩沖采樣控制塊M12內的HC245集成塊，控制采樣和PS1016的分別計算含水率驅動數碼顯示器M14；上述交流阻抗式探頭M4是一方形盒，方形盒上、下兩面為絕緣材料(3)，側面相對位置是兩電容極板(2)，另外兩相對位置是紗網(4)，方形盒內填充有粒徑大于紗網(4)孔徑的非極性顆粒；上述發(fā)射器的電路部分裝在一密封體內，該密封體包括外殼(11)、天線(12)、電路板(14)、密封材料(13)、引線(10)、(15)、電路板固定座(16)；上述發(fā)射器電路中文氏震蕩器M2、衰減器M3、反相輸入電壓放大器M5和帶通濾波器M6是以LM324運算放大器為主元件，配合周邊電阻、電容構成，以實現各自的功能；上述發(fā)射器內的定時觸發(fā)器M1包括型號為PIC12C508的單片機、電池G1、TPS1100DRMOS管及周邊的電阻、電容，實現定時觸發(fā)；上述發(fā)射器內的信號發(fā)射器M7包括MC2833發(fā)射集成塊、天線X3及輔助電阻、電容、電感元件；上述接收器的信號接收電路M9包括接收天線X1、接收集成電路MC3362，天線接收信號由MC3362的1腳輸入，經內部一系列處理將還原的信號由13腳輸出，其內還包括與MC3362配套的電感、電阻、電容以實現信號的接收功能；上述接收器中的AC/DC變換及整流電路M10包括變換集成塊LM358、二極管V2、V3、V4及相應的電阻、電容，以實現變換、整流的功能；上述接收器的模擬/數字轉換電路M11的主元件是MC14433轉換集成塊；上述接收器的緩沖采樣控制塊M12的主元件是HC245緩沖集成塊；上述數碼顯示器M14是三位LED數碼管，與HC245和PS1016相接。
上述交流阻抗式探頭M4是一圓柱體，圓柱體的中軸是電極柱的一極(5)，其外緣作為另一極(8)，圓柱體的頂和底由絕緣材料(7)封住，外緣和中軸上有引線(9)。
本發(fā)明是基于經過實驗研究發(fā)現土壤含水率和土壤交流阻抗值(實際采用的是和土壤交流阻抗成函數數值關系的交流有效電平值)之間有很好的相關關系，相關系數都在0.9657~0.9939之間，它們的數學表達式為W=aUb其中W-土壤含水率百分數值(％)a-實驗確定的系數(代表土壤特性)U-經土壤阻抗調制的交流電平有效值(mv)b-阻抗與交流電平有效電壓值函數關系(實測值為0.4384-0.5621，理論值為0.5)
基于上述原理，本發(fā)明的儀器分兩部分，一部分是含有探頭的發(fā)射器，另一部分是接收器，接收器制成手持式數字儀表。
使用時將含有探頭的發(fā)射器埋入土壤層中，手持接收器在離發(fā)射器10米范圍內可直接讀取土壤含水率，由于發(fā)射器信號消耗功率較大，探頭埋入土層后又不便隨時換電池，所以現階段采用間歇發(fā)射方式，一年更換一次電池，同樣由于電池原因目前發(fā)射距離不能很遠，埋入田間30cm土層下在10米內可接收到信號，本發(fā)明制造成本發(fā)射器約200元，接收器約300元，埋入探頭后不影響田間作業(yè)，中子水分儀進口貨約1.2萬元，國產貨約6000-7000元，本發(fā)明與現有技術相比有顯著的進步，產生極為明顯的效果。


圖1和圖2是本發(fā)明交流阻抗式探頭M4的兩種結構示意圖；圖3是發(fā)射器封裝電路部分的結構圖；圖4是發(fā)射器電路圖；圖5是接收器電路圖；以下結合附圖通過實施例對本發(fā)明進行更詳細的描述實施例如圖1、圖2、所示，本發(fā)明發(fā)射器的探頭M4可以制成兩種形式，一種是立方形，一種圓柱形，方形盒式探頭的上、下兩面為絕緣材料3，側面相對位置是兩電容極板2，另外兩相對面是紗網4，盒內填充有粒徑大于紗網孔徑的非極性顆粒，本例中的填充材料為80目水穩(wěn)粉質材料，紗網為100目；兩極板2上引出兩根導線1；圓柱形探頭的上、下兩端也用絕緣材料7封孔，圓柱體中軸位置作為一電極5，圓柱體外緣作為另一極8，外緣上罩有篩網9，柱體內填充有非極性顆粒，其顆粒比篩網孔徑發(fā)射器的電路部分封裝在一密封體內，如圖3所示是其中一種結構，密封體包括外殼11、天線12、天線密封材料13、電路板14、電路板固定座16及引線15、10，引線15與探頭M4連接。
發(fā)射器電路部分如圖4所示，發(fā)射器內裝有交流阻抗式探頭M4、文式震蕩器M2、衰減器M3、反相輸入電壓放大器M5、帶通濾波器M6、定時觸發(fā)器M1及信號發(fā)射器M7，M2、M3、M5、M6的主要元件是LM324運算放大器，其中文氏震蕩器M2由LM324的8、9、10腳組成(N3C)，M2內還有電阻R9、R10、R11、R12，電容C10、C11、C12，衰減器M3由LM324的12、13、14腳組成(N3D)，其內還包括電阻R6、R7、R8,M5由LM324的5、6、7腳構成(N3B)，還包括電阻R13,M6由LM321的1、2、3腳構成，還包括電阻R14、R15、R16，電容C8，信號發(fā)射器M7包括發(fā)射集成塊MC2833(N2)、天線X3(RFQUT)、電阻R4、R5、R17、R18、R20、R21，電容C2、C6、C7、C4、C5、C13、C14、C16、C17、C18、C19、C15、C20、C21、C22，電感L1、L2、L3、L4，穩(wěn)壓管G2等。
接收器電路如圖5所示，接收器包括信號接收電路M9、電源電路M8、AC/DC轉換及整流穩(wěn)壓電路M10、模擬/數字轉換電路M11、緩沖采樣控制塊M12、PS1016固化BASIC片機及多次可擦寫的EPROM M13及數碼顯示器M14,M9內包括MC3362接收集成塊電路N3、接收天線X1(RFIN)、穩(wěn)壓管G3、G4、G5，電阻R7、R8、R9、R17，電容C8、C9、C10、C20、C21、C23、C24、C25、C26、C27、C28、C11，電感L1、L2等；AC/DC轉換電路M10包括變換集成塊(N4B)LM358、二極管V2、V3、V4，電阻R18、R19、R20、R21、R22、R23，電容C12、C13、C14、C15、C16、C17，模擬/數字轉換電路M11包括轉換模塊MC1433、LM385-12(V3)、電阻R13、R14、R15、R16、R11、R12，電容C18等，緩沖采樣控制塊M12包括緩沖集成塊HC245(D3)等；PS1016固化BASIC單片機(D2)及多次可擦寫的EEPROM模塊內有存儲塊D1(24LC168B)，串行口X2，讀、寫口X3、X4及電阻R4、R5，電容C5、C6、C7二極管V1，整流管G2等；數碼顯示器包括三位LED數碼管H1、H2、H3，型號為E10401-J-F。
本發(fā)明經現場驗證，測定含水率的準確性、連續(xù)性都較好，對檢測土壤水分，適時灌溉，控制灌溉用水以達到經濟用水，從而降低種植成本都有較好作用。我國是農業(yè)大國，本發(fā)明在農業(yè)方面的應用有十分廣闊的前景。
權利要求
1．一種遙測式土壤水分測試儀，包括發(fā)射器和接收器，其特征在于發(fā)射器包括交流阻抗式探頭(M4)、文氏震蕩器(M2)、衰減器(M3)、反相輸入電壓放大器(M5)、帶通濾波器(M6)、定時觸發(fā)器(M1)及信號發(fā)射器(M7)，由文氏振蕩器(M2)產生的400Hz正弦交流波經衰減器(M3)衰減后輸入探頭(M4)，然后經反相輸入電壓放大器(M5)放大和帶通濾波器(M6)濾波后輸入至信號發(fā)射器(M7)內的MC2833發(fā)射集成塊的第5腳，經倍頻至49.7MHZ后由第9腳放射，接收器包括電源電路(M8)、信號接收電路(M9)、AC/DC轉換及整流穩(wěn)壓電路(M10)、模擬/數字轉換電路(M11)、緩沖采樣控制塊(M12)、PS1016固化單片機及可擦寫的EPROM(M13)、數碼顯示器(M14)，發(fā)射信號經信號接收器(M9)由MC3362接收集成塊1腳接收由13腳輸出，經AC/DC變換及整流穩(wěn)壓電路(M10)后，再經模擬/數字轉換電路(M11)轉換進入緩沖采樣控制塊(M12)的HC245緩沖集成塊控制采樣，經過PS1016的分別計算含水率驅動數碼顯示器(M14)。
2．根據權利要求1所述的一種遙測式土壤水分測試儀，其特征在于上述交流阻抗式探頭(M4)是一方形盒，其中方形盒上下兩面為絕緣材料(3)，側面相對位置是兩電容板(2)、另外兩相對位置是紗網(4)，方形盒內填充有粒徑大于紗網孔徑的非極性顆粒。
3．根據權利要求1所述的一種遙測式土壤水分測試儀，其特征在于上述發(fā)射器的電路部分裝在一密封體內，該密封體包括外殼(11)、天線(12)、電路板(14)、密封材料(13)，引線(10)、(15)，電路板固定座(16)。
4．根據權利要求1所述的一種遙測式土壤水分測試儀，其特征在于上述發(fā)射器電路中文氏震蕩器(M2)、衰減器(M3)、反相輸入電壓放大器(M5)和帶通濾波器(M6)是以LM324運算放大器為主元件，配合周邊電阻、電容構成，以實現各自的功能。
5．根據權利要求1所述的遙測式土壤水分測試儀，其特征在于上述發(fā)射器內的定時觸發(fā)器(M1)包括型號為PIC12C508的單片機、電池G1、TPS1100DRMOS管及周邊的電阻、電容，實現定時觸發(fā)。
6．根據權利要求1所述的一種遙測式土壤水分測試儀，其特征在于上述發(fā)射器內的信號發(fā)射器(M7)包括發(fā)射集成塊、天線(X3)及輔助電阻、電容、電感元件。
7．根據權利要求1所述的一種遙測式土壤水分測試儀，其特征在于上述接收器的信號接收電路(M9)包括接收天線(X1)、接收集成電路MC3362，天線接收信號由MC3362的1腳輸入，經內部一系列處理將還原的信號由13腳輸出，其內還包括與MC3362配套的電感、電阻、電容以實現信號的接收功能。
8．根據權利要求1所述的一種遙測式土壤水分測試儀，其特征在于上述接收器中的AC/DC變換及整流電路(M10)包括變換集成塊LM358、二極管V2、V3、V4及相應的電阻、電容，以實現變換、整流的功能。
9．根據權利要求1所述的一種遙測式土壤水分測試儀，其特征在于上述接收器的模擬/數字轉換電路(M11)的主元件是MC14433轉換集成電路。
10．根據權利要求1所述的一種遙測式土壤水分測試儀，其特征在于上述接收器的緩沖采樣控制塊(M12)的主元件是HC245緩沖集成塊。
11．根據權利要求1或10所述的一種遙測式土壤水分測試儀，其特征在于上述數碼顯示器(M14)三位LED數碼管，與HC245和PS1016相接。
12．根據權利要求1所述的一種遙測式土壤水分測試儀，其特征在于，上述交流阻抗式探頭(M4)是一圓柱體，圓柱體的中軸是電極柱的一極(5)，其外緣作為另一極(8)，圓柱體的頂和底由絕緣材料(7)封住，外緣和中軸上有引線(8)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種遙測式土壤水分測定儀,它包括發(fā)射器和接收器,發(fā)射器包括交流阻抗式探頭M4、文氏震蕩器M2、衰減器M3、反相輸入電壓放大器M5、帶通濾波電路M6、定時觸發(fā)器M1及信號發(fā)射器M7;接收器包括電源電路、信號接收電路,PS1016固化BASIC單片機及多次可擦寫的EPROM、數碼顯示器及AC/DC變換、模擬數字變換等電路。使用時將發(fā)射器埋入土壤層中,手持接收器在離發(fā)射器10米范圍內可直接讀取土壤含水率。
文檔編號G01N27/02GK1222676SQ9811533
公開日1999年7月14日 申請日期1998年6月18日 優(yōu)先權日1998年6月18日
發(fā)明者李培德, 李俏春 申請人:李培德, 李俏春